ei_2004_04_s026.pdf

ochrona

przeciwporażeniowa

ochrona przeciwporażeniowa

w metrze warszawskim

mgr inż. Piotr Ber, mgr inż. Bernard Molak - Dział Elektro-Trakcyjny Metro Warszawskie Sp. z o.o.

mgr inż. Józef Dąbrowski - Zakład Trakcji Elektrycznej, Instytut Elektrotechniki Warszawa Międzylesie

Specy ﬁ czny system prowadzenia ruchu pociągów w metrze, charakteryzujący się dużą

liczbą pojazdów na linii oraz usytuowaniem niemal całej infrastruktury pod ziemią, wy-

maga silnego i jednocześnie niezawodnego układu zasilania.

system zasilania

elektroenergetycznego

w metrze warszawskim

P odstawowymi elementami sys-

2 (docelowo 3) zespo ł y prostowni-

kowe 3200 kVA ka ż dy lub 4 zespo-

ł y prostownikowe 2400 kVA ka ż dy,

4 transformatory energetyczne

o mocy 630 lub 1000 kVA ka ż dy.

pod ś cian ą tunelu (oslona szyny jest

koloru pomara ń czowego lub ż ó ł te-

go). Trzecia szyna jest sekcjonowa-

na dla obydwu kierunków ruchu na

stacjach pasa ż erskich z podstacjami

trakcyjno-energetycznymi. Ka ż da

sekcja trzeciej szyny jest zasilana

dwustronnie z s ą siednich podsta-

cji trakcyjno-energetycznych, znaj-

duj ą cych si ę na obu kra ń cach da-

nej sekcji. Do za łą czania i od łą cza-

nia napi ę cia na trzeciej szynie s ł u-

żą od łą czniki sieci trakcyjnej RST,

wyposa ż one w nap ę d silnikowy

i umieszczone w bezpo ś rednim s ą -

siedztwie trzeciej szyny. Na ka ż dej

stacji pasa ż erskiej, na której znaj-

duj ą si ę od łą czniki RST, przewidzia-

no mo ż liwo ść uszynienia ka ż dego

odcinka trzeciej szyny, za pomoc ą

od łą czników uszyniaj ą cych SOU,

wyposa ż onych w nap ę d r ę czny. Ju ż

w czasie eksploatacji dokonano mo-

dernizacji polegaj ą cej na zautomaty-

zowaniu procesu uszyniania na ca-

ł ym odcinku metra.

g ł em wyposa ż onym w automatyk ę

SZR. Pola dop ł ywów i łą cznika sek-

cyjnego s ą wyposa ż one w wy łą czniki

typu DS zainstalowane na ruchomych

cz ł onach. Pola odp ł ywowe posiadaj ą

roz łą czniki RB. Z rozdzielni RGnN s ą

zasilane odbiorniki zlokalizowane na

stacjach i w tunelach.

Do najwi ę kszych odbiorników pod

wzgl ę dem mocy jednostkowej nale żą

wentylatory g ł ówne stacyjne i szla-

kowe. O ś wietlenie jako ca ł o ść na-

le ż y zaliczy ć równie ż do du ż ego od-

biorcy energii, ze wzgl ę du na du żą

liczb ę punktów o ś wietleniowych.

Wentylacja i klimatyzacja pomiesz-

cze ń stacji, przepompownie, grzej-

niki, zasuwy wodne, systemy łą cz-

no ś ci i dost ę pu oraz inne, uzupe ł nia-

j ą list ę odbiorców energii pr ą du prze-

miennego z RGnN. Na ka ż dej stacji

znajduj ą si ę ponadto po dwie prze-

twornice zasilania bezprzerwowego

(UPS) o mocach 10 do 30 kVA ka ż da,

s ł u żą ce do zasilania obwodów ste-

rowania ruchem poci ą gów, o ś wie-

tlenia awaryjnego, ewakuacyjne-

go, systemów zdalnego sterowania

oraz systemów gwarantuj ą cych bez-

piecze ń stwo.

temu zasilania w metrze s ą pod-

stacje trakcyjno-energetyczne roz-

mieszczone na co drugiej (nieparzy-

stej) stacji łą cznie ze stacj ą technicz-

no-postojow ą [1, 2]. Na stacjach pa-

rzystych umieszczone s ą podstacje

energetyczne.

Zadaniem trakcyjno-energetycz-

nej podstacji jest przetworzenie

napi ę cia przemiennego 15750 V na

napi ę cie sta ł e 825 V (zasilanie szyny

pr ą dowej trakcji elektrycznej) i na-

pi ę cie 220/380 V (zasilanie odbio-

rów potrzeb w ł asnych). Urz ą dzenia

elektroenergetyczne linii metra s ą

zasilane napi ę ciem 15 kV z rejono-

wych punktów zasilania /RPZ/ ener-

getyki zawodowej. Dwie linie kablo-

we wyprowadzone s ą z ró ż nych sek-

cji danego RPZ i przy łą czone do ró ż -

nych sekcji rozdzielnicy RSN 15 kV.

Stanowi ą one zasilanie podstacji

trakcyjno-energetycznej.

Jednosystemowa rozdzielnica RSN

15 kV (typu RD2 z wy łą cznikiem ma-

ł oolejowym SCI-4 na wózkach) po-

dzielona jest na dwie sekcje. Łą cz-

nik sekcyjny wyposa ż ony jest w au-

tomatyk ę SZR. Niezale ż nie od zasi-

lania podstacji trakcyjno-energetycz-

nych z RPZ, wzd ł u ż ca ł ej linii metra

jest prowadzona linia kablowa 15 kV

(tzw. p ę tla BHP), łą cz ą ca sekcj ę I i II

rozdzielni 15 kV RSN kolejnych pod-

stacji trakcyjno-energetycznych. Lini ą

t ą mo ż na zasili ć w sposób rezerwowy

ka ż d ą podstacj ę trakcyjno-energetycz-

n ą . Z rozdzielnicy 15 kV ka ż dej pod-

stacji zasilane s ą :

obwody napięcia

wyprostowanego

W sk ł ad ka ż dego zespo ł u prostowniko-

wego wchodz ą :

2 transformatory prostownikowe 3-

fazowe o mocy 1600 kVA, przek ł adni

15750/665 V i grupach po łą cze ń Dd 0

i Yd 11 lub 1 transformator prostow-

nikowy 3-uzwojeniowy o mocy 2400

kVA, przek ł adni 15750/665 V i grupie

po łą cze ń Yd 11 y 0;

2 zestawy diodowe w uk ł adzie

mostka 3-fazowego typu D-17/0,8

o nast ę puj ą cych parametrach zasila-

nia 3 × 665 V, 1700 A, napi ę cie wy-

prostowane 825 V.

Biegun „+” ka ż dego zespo ł u wy-

prowadzony jest do rozdzielnicy pr ą -

du sta ł ego RPS.

Biegun „–” wyprowadzony jest do

szafy kabli powrotnych SKP.

Rozdzielnica pr ą du sta ł ego wyko-

nana jest jako dwusekcyjna ze sprz ę -

g ł em od łą cznikowym.

Pola zasilaczy trakcyjnych s ą dwu-

cz ł onowe. W cz ł onach ruchomych

zainstalowane s ą wy łą czniki szybkie

WSE w wykonaniu wysuwnym.

zasilanie urządzeń

nietrakcyjnych

Transformatory energetyczne

potrzeb w ł asnych ka ż dej podstacji

pracuj ą na szyny rozdzielnicy 0,4

kV RGnN (rozdzielnicy g ł ównej ni-

skiego napi ę cia), zasilaj ą cej odbio-

ry si ł owe i o ś wietleniowe danej sta-

cji pasa ż erskiej i przyleg ł ych odcin-

ków szlaku.

W metrze zainstalowano transfor-

matory energetyczne suche o mocy

630 lub 1000 kVA ka ż dy, grupy po łą -

cze ń Dyn 5 o przek ł adni 15750/400 V.

Rozdzielnice s ą jednosystemowe,

podzielone na dwie sekcje ze sprz ę -

centrum dyspozytorskie

Na potrzeby zasilania, sterowania

i sygnalizacji urz ą dze ń wykorzystuje

si ę pi ęć wielko ś ci i rodzajów napi ęć :

220 V =, 220 V ~, 24 V =, 24 V ~

i 12 V= .

Mózgiem metra jest Centralna Dyspo-

zytornia. Cztery podstawowe stano-

wiska dyspozytorskie kontroluj ą ruch

poci ą gów, dzia ł anie urz ą dze ń łą czno-

ś ci, sterowania ruchem i bezpiecze ń -

stwa, dzia ł anie urz ą dze ń elektro-

układ zasilania pociągów

Zasilanie poci ą gów metra realizo-

wane jest za pomoc ą tzw. „trzeciej

szyny” umieszczonej z boku toru

(po lewej lub prawej stronie). Jest

ona widziana przez pasa ż era metra

jako os ł oni ę ta szyna znajduj ą ca si ę

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

Rys. 1 Schemat zasilania metra

średnie rezystancje wzdłużne tunelu tubingowego

średnie rezystancje wzdłużne tunelu żelbetowego

Praca wszyst-

kich urz ą dze ń -

wszelkie zmia-

ny i stany alar-

mowe - zapisy-

wane s ą w hi-

storycznym banku danych i na bie-

żą co drukowane na w łą czonej przez

ca ł y czas drukarce.

ochrona przed porażeniem

prądem elektrycznym

średnie rezystancje wzdłużne odcinków stacyjnych

8,8 [m W /km]

rezystancja przejścia tunelu względem ziemi – tubingi żeliwne

– tubingi żelbetowe

0,9 – 4,6 [m W km]

2,3 – 6,4 [m W km]

Budow ę metra warszawskiego

rozpocz ę to 15 kwietnia 1983 r. Na-

tomiast 7 kwietnia 1995 r. oddano

do u ż ytku I odcinek linii o d ł ugo ś ci

11,2 km (od stacji Kabaty do stacji Po-

litechnika). 26 maja 1998 r. oddano

Tab. 1 Średnie wartości rezystancji konstrukcji tuneli metra warszawskiego

energetycznych oraz urz ą dze ń sani-

tarnych i mechanicznych. Prac ę urz ą -

dze ń elektroenergetycznych nadzoru-

je dyspozytor energetyczny maj ą cy do

dyspozycji system zdalnego sterowa-

nia SAUTER. System ten, oparty na

uk ł adach mikroprocesorowych, kon-

troluje i zapewnia szybkie sterowa-

nie wszystkimi urz ą dzeniami ener-

getycznymi i trakcyjnymi (wy łą czni-

ki, od łą czniki itp.). Jednostka cen-

tralna, zainstalowana w Centralnej

Dyspozytorni Metra, zbiera infor-

macje o stanie nadzorowanych urz ą -

dze ń (stany po ł o ż enia wy łą czników,

od łą czników, warto ś ci napi ęć i pr ą -

dów, awarie) oraz dokonuje analizy

tych danych, okre ś laj ą c np. prawdo-

podobn ą przyczyn ę wyst ą pienia sta-

nu alarmowego i podaj ą c sposób po-

st ę powania w zaistnia ł ej sytuacji.

Informacje nadchodz ą ce z poszcze-

gólnych obiektów i polecenia wyda-

wane przez dyspozytora przedstawia-

ne s ą na monitorze w postaci teksto-

wych list dialogowych lub w formie

graficznej (schemat okre ś lonej gru-

py urz ą dze ń ).

nr 4/2004

www.elektro.info.pl

2,2 [m W /km]

47 [m W /km]

ochrona

przeciwporażeniowa

kolejny odcinek (do stacji Centrum),

10 maja 2001 r. dwie kolejne stacje

( Ś wi ę tokrzyska i Ratusz), a 20 grud-

nia 2003 r. odcinek do stacji Dworzec

Gda ń ski. Aktualnie trasa I linii wyno-

si 15,6 km i 15 stacji.

Instalacje i urz ą dzenia elektro-ener-

getyczne projektowane i wykonywane

by ł y zgodnie z obowi ą zuj ą cym wów-

czas stanem prawnym. Wzakresie

ochrony przeciwpora ż eniowej do 1 kV

i pow. 1 kV obowi ą zywa ł y Zarz ą dzenia

Ministra Górnictwa i Energetyki oraz Mi-

nistra Budownictwa i Przemys ł u Mate-

ria ł ów Budowlanych, odpowiednio z 5

pa ź dziernika 1966 r. i 31 grudnia 1966.

W 1990 r. 26 listopada ukaza ł o si ę w Dz.

U. nr 81 Rozporz ą dzenie Ministra Prze-

mys ł u w sprawie warunków technicz-

nych, jakim powinny odpowiada ć urz ą -

dzenia elektroenergetyczne w zakresie

ochrony przeciwpora ż eniowej. Ten stan

prawny obowi ą zywa ł przy budowie od-

cinka metra od stacji Kabaty do stacji Po-

litechnika.

Kolejne stacje metra (Centrum,

Ś wi ę tokrzyska, Ratusz i Dworzec

Gda ń ski) zaprojektowane i zbudo-

wane zosta ł y zgodnie z aktualnie

obowi ą zuj ą cym stanem prawnym

(Prawo Budowlane – ustawa z 7 lip-

ca 1994, Prawo Energetyczne - usta-

wa z 10 kwietnia, Polska Norma PN-

ICE 60364 (PN-E 05009) oraz w ł a ś ci-

we rozporz ą dzenia).

Tak wykonana magistrala uzie-

miaj ą ca jest traktowana jako uziom

roboczy i ochronny dla wszystkich

urz ą dze ń elektrycznych zlokalizo-

wanych wewn ą trz budowli pod-

ziemnej. Wewn ą trz ka ż dej podsta-

cji trakcyjno-energetycznej i energe-

tycznej jest wykonany otok z p ł a-

skownika stalowego ocynkowane-

go o przekroju 120 mm 2 , po łą czo-

ny w dwóch miejscach z magistra-

l ą uziemiaj ą c ą . Ś rednie rezystancje

wzd ł u ż ne tuneli oraz korpusów sta-

cji wraz z magistral ą uziemiaj ą c ą ze-

stawiono w tabeli 1 , w której tej po-

dano równie ż warto ś ci rezystancji

przej ś cia tunelu - ziemia [3].

to ś ci zalecanej w normie [4]. Norma ta

zosta ł a w 2002 r. zast ą piona przet ł uma-

czon ą na j ę zyk polski norm ą europejsk ą

[5]. Uk ł ad zasilania pr ą dem sta ł ym posia-

da zabezpieczenia w postaci samoczyn-

nego wy łą czenia zasilania po stronie 15

kV (wy łą czniki zespo ł ów) i samoczynne-

go wy łą czenia zasilania po stronie zasila-

nia trakcji (wy łą czniki szybkie). Ponad-

to uk ł ady zasilania trakcji s ą zabezpie-

czone dodatkowo od wp ł ywów zani-

ków napi ę cia sterowania podstawowe-

go potrzeb w ł asnych oraz zaniku zasila-

nia w obwodach pomocniczych pr ą du

przemiennego.

Dodatkow ą ochron ą przed pora ż e-

niem pr ą dem elektrycznym jest uszy-

nienie ochronne przez przeka ź niki za-

bezpieczenia przeciwpora ż eniowego

odizolowanych od ziemi urz ą dze ń

pr ą du sta ł ego „ + 825 V ”.

Kolejnym elementem systemu

ochrony przeciwpora ż eniowej jest za-

stosowanie na ka ż dej stacji urz ą dze-

nia do ci ą g ł ej kontroli napi ę cia ra ż enia

(UCKNR). Urz ą dzenie to przeznaczone

jest do ci ą g ł ej kontroli napi ę cia mi ę dzy

szynami jezdnymi i zbrojeniem tune-

lu (peron - obudowa wagonu). W przy-

padku pojawienia si ę napi ęć ra ż enia

zarówno pr ą du sta ł ego, jak i prze-

miennego, przekraczaj ą cych warto ś ci

dopuszczalne, urz ą dzenie powoduje

zwarcie szyny jezdnej ze zbrojeniem

tunelu na okre ś lony czas.

zuj ą cych norm i przepisów. W tej sy-

tuacji powsta ł problem po łą czenia oby-

dwu systemów na „ ż ywym organizmie”.

Rozwi ą zanie polega ł o na zmianie niektó-

rych obwodów stacji Politechnika (przej-

ś cie na system TN-S), zwi ą zanych z ob-

s ł ug ą po ł owy nast ę pnego szlaku w kie-

runku stacji Centrum.

Z ł o ż ony system instalacji elek-

trycznych w metrze warszawskim

wymaga indywidualnego podej ś cia

do ka ż dej instalacji i kompleksowe-

go podej ś cia do ca ł ego systemu.

Powa ż nym utrudnieniem przy

pracach eksploatacyjnych nad syste-

mem jest ograniczony dost ę p do in-

stalacji i urz ą dze ń (do niektórych tyl-

ko w przerwie nocnej), pracuj ą cych

w ruchu ci ą g ł ym. Bezpiecze ń stwo

pasa ż erów jest celem nadrz ę dnym,

oraz obs ł ugi.

W okresie 9 lat eksploatacji metra

nie zanotowano przypadków pora ż e-

nia pr ą dem elektrycznym, co daje do-

bre ś wiadectwo zarówno zainstalowa-

nym systemom ochrony przed pora-

ż eniem pr ą dem elektrycznym, jak

i obs ł udze oraz stosowanym przez

ni ą procedurom post ę powania.

ochrona przed porażeniem

w obwodach o napięciu

powyżej 1 kV

W instalacjach elektroenerge-

tycznych o napi ę ciu 15 kV pr ą du

przemiennego zastosowano ochro-

n ę przeciwpora ż eniow ą podstawo-

w ą i dodatkow ą .

Ochrona podstawowa to w ł a ś ci-

wy dobór zabezpiecze ń przeci ąż e-

niowych do odbiorników, urz ą -

dze ń , kabli i innych elementów sie-

ci, izolacja robocza, obudowy i os ł o-

ny ochronne oraz usytuowanie cz ę -

ś ci go ł ych i izolowanych zabezpie-

czonych przed dotykiem. Ochrona

dodatkowa to uziemienia ochron-

ne. Z warto ś ci podanych w tabeli 1

wynika, ż e rezystancja poszczegól-

nych uziemie ń ochronnych prak-

tycznie nie przekracza 1 W .

literatura

1. P. Ber, System zasilania elektroener-

getycznego w metrze, TTS, 1995 nr

10, s. 40 - 43.

2. P. Ber, Zasilanie i sie ć trakcyjna me-

tra, Konferencja naukowo-technicz-

na, Trakcja elektryczna w komuni-

kacji miejskiej, TRAM’96, Gda ń sk 9-

11 maja 1996 r., s. 5 – 13.

3. W. Dziuba, J. D ą browski, Rezystan-

cje w obwodach pr ą dów powrot-

nych warszawskiego metra, VII Kon-

ferencja Naukowa Trakcji Elektrycz-

nej, SEMTRAK’96, Zakopane, pa ź -

dziernik 1996 r., s. 213 – 220.

4. PN-92-E 05024 Ochrona przed ko-

rozj ą . Ograniczanie up ł ywu pr ą dów

b łą dz ą cych z trakcyjnych sieci po-

wrotnych pr ą du sta ł ego.

5. PN-EN 50122-2:2002. Zastosowania

kolejowe. Urz ą dzenia stacjonarne.

Cz ęść 2: Ś rodki ochrony przed od-

dzia ł ywaniem pr ą dów b łą dz ą cych

wywo ł anych przez trakcj ę elektrycz-

n ą pr ą du sta ł ego.

rozwiązania techniczne

ochrona przed porażeniem

w obwodach prądu

przemiennego o napięciu

do 1 kV

Magistrala uziemiaj ą ca jest wyko-

rzystywana jako uziemienie stacji

i tuneli. Wykonana jest z p ł askowni-

ka stalowego ocynkowanego (Fe/Zu)

o przekroju 50 x 4 mm, który biegnie

dwoma tunelami i po obydwu stro-

nach stacji, wzd ł u ż ca ł ej linii metra.

Na ka ż dej stacji wykonano po łą czenie

poprzeczne, łą cz ą ce obydwa p ł asko-

wniki. Magistrala jest po łą czona me-

talicznie ze zbrojeniem ż elbetowych

i ż eliwnych tubingów tuneli oraz ze

zbrojeniem ż elbetowym stacji. Ca ł a li-

nia metra (stacje i tunele) pogr ąż ona

jest w gruncie na g łę boko ś ci ok. 10 m.

Wyj ą tek stanowi krótki odcinek tune-

lu łą cz ą cy lini ę metra ze stacj ą tech-

niczno-postojow ą Kabaty.

ochrona przed porażeniem

w obwodach prądu stałego

o napięciu do 1 kV

Pierwszy odcinek linii metra (do

stacji Politechnika), w zakresie in-

stalacji elektrycznych do 1 kV, zosta ł

wykonany w uk ł adzie sieci TN-C, tzn.

zaprojektowano i wykonano sieci ka-

blowe i oprzewodowanie 4- i 2- ż y ł o-

we (zastosowano przewód neutral-

no-ochronny PEN).

Nast ę pne stacje i odcinki szlaków

zosta ł y zaprojektowane iwykonane

w uk ł adach sieci TN-S, 5- i 3- ż y ł owe

(zastosowano przewody neutralne N

i ochronne PE). Zastosowana ochrona

przeciwpora ż eniowa w obydwu przy-

padkach spe ł nia wymagania obowi ą -

Uk ł ad zasilania trakcji wmetrze

warszawskim jest klasycznym zasila-

czem pr ą du sta ł ego niskiego napi ę cia,

gdzie „ + ” jest podawany na tzw. trze-

ci ą szyn ę (pr ą dow ą ), a „ – ” na tory jezd-

ne. Zasilacz jest izolowany od konstruk-

cji tuneli - szyny jezdne s ą izolowane od

betonu podtorza. Rezystancja przej ś cia

mi ę dzy szynami jezdnymi a „ziemi ą tu-

nelu” w metrze jest z regu ł y znacznie

wi ę ksza ni ż 20 W /km [3], czyli od war-

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: